Описание проблемы

 

Известные научные исследования удаления нефтепродуктов из воды указывают на то, что эффект окисления озоном загрязняющих веществ на основе нефти связано с температурой воды, рН, дозировкой озоном и временем реакции.

 

petroleumbig.jpg

 

Эффективность удаления нефтепродуктов достигает 83% при условии, что отношение количества озона к нефтяной основе загрязняющих веществ составляет 1: 1 и время реакции составляет 10 мин.

 

Таким образом, озон оказывается прекрасным решением для удаления загрязняющих веществ на основе нефти и его использование в обработка нефтяных стоков оказывается эффективным.

 

Нефть, как загрязнитель

Нефть стала одним из основных загрязнителей в морях, реках и озерах из-за чрезмерного сброса нефти.

 

Сточные воды, часто образовывались из-за утечек нефти, которые могли быть вызваны авариями, нарушениями законодательства в сфере экологии.

 

Исследование окислительного воздействие озона на нефтяные продукты.

 

1. Эксперимент

 

1.1 Реагенты и оборудование

 

(1) Реактивы

 

Четыреххлористый углерод, безводный сульфат натрия, чистый перманганат калия, оксалат натрия.

(2) Оборудование

JDS-105U инфракрасный спектрофотометрический анализатор масла.

Газовая хроматография/Масс-спектрометрия (ГХ/МС) анализатор от компании AgilentTechnologies, США.

 

1.2 Последовательность

 

На рисунке 1 представлена блок-схема процесса эксперимента.

 

Озон получают путем пропускания кислорода или кислородсодержащего газа через генератор озона.

 

Выход и концентрация озона посредством регулирования электрического тока генератор озона и ввод кислорода. Озон поступает в реактор снизу, вступает в реакцию с нефтяным загрязняющим веществом, которое поступает в верхнюю часть реактора.

 

Генератор озона (1600 мм × 85 мм), изготовлен из кварцевого стекла.

 

2. Результат и обсуждение


2.1 Влияние окисления озоном на удаление нефтепродуктов из воды

 

Окисления озоном включает в себя непосредственную реакцию и непрямую реакцию.

Скорость реакции связана с концентрацией загрязняющих веществ, озона и · ОН.

Таким образом, существует много факторов, которые оказывают влияние на окисление озона. В данной статье обсуждается значимость дозировки озона, времени реакции, температуры реакции и рН на окисление нефтяных загрязняющих веществ.

 

2.1.1 Дозировка озона

 

Дозировка озона - количество озона создаваемое генератором озона и поступающего в реактор окисления, что также включает в себя потребленный озон, остаточный озон в воде и газе.

 

Дозировка озона является важным параметром при озонировании воды и непосредственно влияет на эффективность обработки и затрат на эксплуатацию.

 

Низкая дозировка влияет на низкую эффективность окисления, в то время как слишком высокая в образовании промежуточных продуктов, которые оказывают неблагоприятное воздействие на последующую очистку, что приводит к увеличению инвестиций и эксплуатационных затрат.

 

Таблица 1 показывает зависимость остаточного озон в воде и остаточного озона в газе от дозировки озона.

 

Когда дозировка озона ниже, чем содержание нефтепродуктов, остаточный озон имеет низкие значения, а коэффициент эффективности использования озона возрастает.

Однако, когда дозировка озона выше, чем содержание нефтепродуктов, показатель остаточного озона является высоким, а коэффициент использования озона низким.


Рисунок 2 демонстрирует влияние дозировки озона на окисление нефти при времени реакция 10 минут.

 

Результаты показывают, что удаление нефти и повышения эффективности окисления возрастает при повышении дозировки озона.

 

Эффективность удаления нефти более 80%, когда дозировка озона равна содержанию нефтепродуктов, а также увеличению эффективности удаления нефтяных продуктов при дальнейшем повышении дозы озона.

 

Однако реакция между озоном и нефтью достигает равновесия, когда отношение дозировки озона к содержанию нефтепродуктов составляет 1: 1, а эффективность удаления нефтепродуктов не может быть значительно увеличена с дальнейшим увеличением дозировки озона.

 

2.1.2 Время реакции


Рисунок 3 демонстрирует влияние времени реакции на окисление нефти при условии, что отношение озона и нефтепродуктов составляет 1: 1.


2.1.3 Температура реакции


Постоянная скорость реакции озона с органическими веществами в воде увеличивается с повышением температуры.

 

Рисунок 4 показывает влияние температуры реакции на окисление нефти при пропорциях озона и нефтепродуктов 1:1 и времени реакции 10 минут.

 

С повышением температуры воды, способность окисления озоном увеличивается, скорость удаления нефти, в свою очередь возрастает.

 

Тем не менее, растворимость озона в воде уменьшается с повышением температуры реакции, что приводит к снижению коэффициента использования.

 

2.1.4 рН
Скорость реакции озона с органическими веществами в воде связана с формой органики. То есть, скорость реакции озона с диссоциированной органикой происходит быстрее, чем с ассоциированной органикой в тех же условиях.

 

Рисунок 5 показывает влияние рН на окисление. Эффективность окисления озоном возрастает с повышением рН. Это происходит потому, что доля диссоциированных органических соединений увеличивается.

 

Тем не менее, мутность и цветность исследуемого нефтяного загрязнителя вод заметно увеличивается при увеличении рН выше 7, что оказывает негативное влияние на исследования экспериментальных результатов.

 

На самом деле, озон непосредственно реагирует с нефтью при низком рН; в то время как, · ОН, сильный окислитель в результате реакции ОН- с озоном при высоком рН, он инициирует цепную реакцию окисления озона.

 

2.2 Удаление загрязнителей на основе нефти с помощью озона


Озон имеет отличный эффект удаления нефтепродуктов из воды в условиях 23*С,
рН 7,2, 4,0 мг / л озона и времени реакции 10 мин (при тестовой концентрации загрязнителя).

Рисунок 6 показывает, что содержание нефтепродуктов снижается с 4,0 мг / л до 0,7 мг / л, а средняя эффективность удаления равна 82,50% после обработки озоном.

 

Нефть в основном состоит из алкана, ароматических углеводородов, циклоалкана и т.д.

 

Высокомолекулярные органические вещества могут быть превращены в низкомолекулярных органических веществ путем окисления озоном, а их части непосредственно разлагаются на CO2 и H2O.

 

2.3 ГХ / МС анализ

2.3.1 Сырая вода

На рисунке 7 показан ГХ / МС хроматограмма сырой воды содержащей 4,0 мг / л нефти. В общей сложности присутствуют 72 пика. Общая площадь пика составляет 1,14 × 108.

 

Результаты анализа ГХ / МС показывают, что 61 органика была обнаружена в сырой воде, в том числе 24 алкана, 10 сложных эфиров, 6 олефинов, 5 кислот, 3 спирта, 2 простых эфира, 2 амина и 9 других соединений.

 

Большинство из них имеют молекулярные массы 100 ~ 300.

 

Алканы составляют 39.34% от общего количества органических веществ, а также их пиковая площадь составляет 64,76% от общей площади пика, что указывает на то, что нефть представляет собой смесь алканов.

 

2.3.2 Окисленная озоном вода

На рисунке 8 показан ГХ / МС хроматограмма озона в воде при условиях от 23*С, рН 7,2, 4,0 мг/л озона и реакции 10 мин.

Во всех 53 пиках с общей площадью 7.30 × 107, которая ниже 35,96% по сравнению с сырой водой.

В воде после окисления озоном, мы обнаружили 37 элемента органики в том числе 6 алканов, 5 сложных эфиров, 2-олефина, 7 кислот, 3 спирта, 2 альдегида, 1 простой эфир, 5 аминов и 6 других соединений, что меньше на 39,34% по сравнению с сырой водой.

 

48 элемента органики удаляется из сырой воды в результате окисления озона.

 

13 элементов органики, которые не удалены.

 

Удаленная органика в основном включают алканы, олефины, сложные эфиры, простые эфиры и т.д. Возросшая органика в основном включают в себя кислоты, амины и альдегиды.

 

Это указывает на то, что большинство органических веществ в нефти, могут быть окислены в низкомолекулярных промежуточные продукты и около 35% органических веществ непосредственно разлагаются на CO2 и H2O.

Температуру колонки при ГХ/ МС анализе обычно между 45 ~ 300*С, при таких условиях трудно отделить органические вещества друг от друга, а летучие органические вещества легко испаряются.

 

 

Таким образом, существует определенный диапазон обнаруживаемых веществ с помощью анализа ГХ / МС: органика со слишком высокой молекулярной массой или слишком низкой молекулярной массой не может быть эффективно обнаружена.

 

3. Заключение


Озон оказался настолько мощным, что окисление может изменить состав и структуру нефти и окислять высокие молекулярные органические вещества в низкомолекулярных органических соединения и даже разложить некоторые органические вещества непосредственно в СО2 и Н2О.

 

Как результат, не подверженные биологическому разложению органические вещества в сырой воде превращаются в биологически разлагаемые органические вещества.

 

Иначе говоря, загрязняющие вещества могут быть эффективно удалены из воды с помощью озона.

Озонирование можно использовать по отдельности или в сочетании с биодеградацией, мембранной технологией.

 

 

Таблица 1. Соотношение между дозой озона и остаточным озоном

Концентрация озона

(мг / л)

Остаточный озон в воде

(мг / л)

Остаточный озон в газе

(мг / л)

1,21 0,01 0,50
2,80 0,01 0,62
4,09 0,02 0,87
9,46 1,22 2,56
12.40 2.50 3.10

* Содержание нефти составляет 4,5 мг/л; Скорость потока воды 1 л/мин; Скорость потока остаточного газа 2 л/мин.

 

Рисунок 1. Схема последовательности операций процесса эксперимента
figure1.png

 

Рисунок 2. Влияние дозировки озона на окисление нефти
figuere2.png

 

Рисунок 3. Влияние времени реакции на окисление нефти

Figure3.png

Рисунок 4. Влияние температуры реакции на окисление нефти
Figure4.png

 

Рисунок 5. Влияние рН на окисление нефти
Figure5.png

 

Рисунок 6. Эффекта удаления загрязняющих веществ на основе нефти
Figure6.png

 

Рисунок 7. ГХ / МС хроматограмма сырой воды

Figure7.png

Рисунок 8. ГХ / МС хроматограмма окисляемого озоном воды

 

 figuere8.png

Варианты решений

 

Для очистки и доочистки воды рассмотрите возможность внедрения озонаторов для воды, универсальные озонаторы, а также наши специальные решения под заказ для крупных проектов.

 

Опираясь на опыт работы, мы можем предложить установку озонирования под ваши нужды.

Получить консультацию по озонаторам, вы можете путем заполнения опросного листа или связавшись с нами.

 

Ссылки

 

Перейти в интернет-магазин Эконау, раздел:

Перейти на страницу сайта:

Источники

Chen, Guohua. (2002). Treatment of Oil-Polluted Water. Beijing: Chemical Industry Press, p. 5-27.

Jiangning Wu, Huu Doan & Simant Upreti. (2007). Decolorization of aqueous textile reactive dye by ozone. Chemical

Engineering Journal, 11(5), 1-5.

Jin Anotai, Rosawan Wuttiponga & Chettiyappan Visvanathan. (2007). Oxidation and detoxification of

pentachlorophenol in aqueous phase by ozonation. Journal of Environmental Management, 85, 345-349.

Lin C K, Liu J C, Chen M C & Tsai T Y. (2001). Enhanced biodegradation of petrochemical wastewater using ozonation

and BAC advanced treatment system. Water Research, 35(3), 699-704.

Nemes A, Fabian I & Gordon G. (2000). Experimental aspects of mechanistic studies on aqueous ozone decomposition

in alkaline solution. Ozone Science and Engineering, 22(3), 287-304.

Rischbieter E, Stein H & Schumpe A. (2000). Ozone solubilities in water and aqueous salt solutions. Journal of

Chemical Engineering Data, 45, 338-340.